[1] L'invention concerne un fil électrode apte à être utilisé en tant que fil électrode pour l'usinage par électroérosion. L'invention concerne aussi un procédé de fabrication de ce fil électrode.

[2] Les fils électrodes sont utilisés pour couper des métaux ou des matériaux conducteurs de l'électricité, par électroérosion dans une machine d’usinage par électroérosion.

[3] Le procédé bien connu d'usinage par électroérosion, ou étincelage érosif, permet d'enlever de la matière sur une pièce conductrice de l'électricité, en générant des étincelles dans une zone d'usinage entre la pièce à usiner et un fil électrode conducteur de l'électricité. Le fil électrode défile en continu au voisinage de la pièce dans le sens de la longueur du fil, tenu par des guidages, et il est déplacé progressivement dans le sens transversal en direction de la pièce, soit par translation transversale des guidages du fil, soit par translation de la pièce.

[4] Un générateur électrique, connecté au fil électrode par des contacts électriques à l’écart de la zone d'usinage, établit une différence de potentiels appropriée entre le fil électrode et la pièce conductrice à usiner. La zone d'usinage entre le fil électrode et la pièce est plongée dans un fluide diélectrique approprié. La différence de potentiels provoque, entre le fil électrode et la pièce à usiner, l'apparition d'étincelles qui érodent progressivement la pièce et le fil électrode. Le défilement longitudinal du fil électrode permet de conserver en permanence un diamètre de fil suffisant pour éviter sa rupture dans la zone d'usinage. Le déplacement relatif du fil et de la pièce dans le sens transversal permet de découper la pièce ou de traiter sa surface, le cas échéant.

[5] Les particules détachées du fil électrode et de la pièce par les étincelles se dispersent dans le fluide diélectrique, où elles sont évacuées.

[6] L'obtention d'une précision d'usinage, notamment la réalisation de découpes d'angle à faible rayon, nécessite d'utiliser des fils de petit diamètre et supportant une grande charge mécanique à la rupture pour être tendus dans la zone d'usinage et limiter l'amplitude des vibrations. [7] La plupart des machines d'usinage par électroérosion modernes sont conçues pour utiliser des fils métalliques, généralement de 0,25 mm de diamètre, et de charge à la rupture comprise entre 400 N/mm ² et 1 000 N/mm ² .

[8] Lorsqu’une étincelle se produit entre le fil électrode et la pièce, la surface du fil électrode se trouve brusquement échauffée à une très haute température pendant une brève durée. Il en résulte que la matière de la couche superficielle du fil électrode, à l'endroit de l’étincelle, passe de l'état solide à l’état liquide ou gazeux, et se trouve déplacée à la surface du fil électrode et/ou évacuée dans le fluide diélectrique. On constate que la face extérieure du fil électrode atteinte par l’étincelle a été déformée, prenant généralement une forme légèrement concave en cratère, avec des zones où la matière a été fondue et à nouveau solidifiée.

[9] On a pu constater que l’efficacité des étincelles en ce qui concerne l’électroérosion dépend en grande partie de la nature et de la topographie de la couche superficielle du fil électrode. Pour cela, des progrès considérables d’efficacité d'électroérosion ont été obtenus en utilisant des fils électrodes comportant :

- une âme en un ou plusieurs métaux ou alliages assurant une bonne conduction du courant électrique et une bonne résistance mécanique pour tenir la charge mécanique de tension du fil, et

- un revêtement en un ou plusieurs autres métaux ou alliages et/ou une topographie particulière, par exemple des fractures, assurant une meilleure efficacité de l’électroérosion, par exemple une plus grande vitesse d’érosion.

[10] Par exemple, la demande US5945010A décrit un fil électrode ayant une âme en laiton recouverte d'une couche d'alliage cuivre-zinc en phase gamma éventuellement surmontée d'une couche en alliage cuivre-zinc en phase epsilon. Cette demande enseigne qu'une telle couche d'alliage cuivre-zinc en phase gamma permet d'améliorer les performances du fil électrode. En particulier, cette demande décrit un spécimen n°3 de fil électrode comportant une couche en alliage cuivre-zinc en phase gamma surmontée d'une couche superficielle en alliage cuivre-zinc en phase epsilon. L'épaisseur de la couche superficielle est de 3 pm. La concentration en zinc de la couche en alliage cuivre-zinc en phase gamma est de 68 % atomique. Cette demande décrit aussi un spécimen n°4 de fil électrode comportant une couche superficielle en alliage cuivre-zinc en phase gamma. Dans ce cas, la concentration en zinc de la couche superficielle en alliage cuivre-zinc en phase gamma est de 65% atomiques. [11] De l’état de la technique est également connu de US2017/259361 A, US2008/179296A1 et US2009/025959A1 .

[12] Les fils électrodes de la demande US5945010A sont performants. Toutefois, il est encore souhaitable d'obtenir des fils électrodes encore plus performant et, notamment, présentant un rendement érosif amélioré et/ou une vitesse d’usinage augmentée.

[13] L'invention vise à satisfaire ce besoin en proposant un fil électrode conforme à la revendication 1 .

[14] L'invention a également pour objet un procédé de fabrication du fil électrode revendiqué.

[15] L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels :

- la figure 1 est une illustration schématique de la section transversale d’un fil électrode,

- la figure 2 est un organigramme d’un procédé de fabrication du fil électrode de la figure 1 , et

- la figure 3 est une photo, en noir et blanc, d'une portion d'une section transversale du fil fabriqué selon le procédé de la figure 2 avant l'étape de tréfilage, et

- la figure 4 est une image d'une portion d'une section transversale du fil électrode fabriqué selon le procédé de la figure 2 après l'étape de tréfilage.

[16] Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments. Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l’homme du métier ne sont pas décrites en détail.

[17] Par la suite, dans le chapitre I, les définitions de certains termes sont données. Dans le chapitre II, des exemples de modes de réalisation détaillés sont décrits en référence aux figures. Ensuite, dans un chapitre III, des variantes de ces modes de réalisation sont présentées. Enfin, dans un chapitre IV, les avantages des différents modes de réalisation sont présentés.

[18] CHAPITRE I : Définitions et terminologie

[19] L’expression « élément réalisé en matériau A » ou « élément en matériau A » désigne un élément dans lequel le matériau A représente au moins 90 %, en masse, de cet élément et de préférence, au moins 95 % ou 98 % en masse de cet élément. [20] Un "alliage cuivre-zinc" désigne un alliage formé uniquement de cuivre et de zinc aux impuretés inévitables près.

[21] Une "phase" de l’alliage cuivre-zinc désigne une phase solide de l'alliage cuivre-zinc qui présente une structure cristallographique particulière. Plus précisément, les phases du système cuivre-zinc se distinguent les unes des autres par leur composition et par leur structure cristallographique particulière. Cette structure cristallographique particulière permet de distinguer une phase de l'alliage cuivre-zinc vis-à-vis d’un simple mélange de grains fins en cuivre et en zinc, lequel mélange aurait la même composition globale. Typiquement, des phases connues de l'alliage cuivre- zinc sont la phase alpha, la phase bêta, la phase gamma, la phase delta, la phase epsilon et la phase êta. La structure cristallographique particulière d'une phase est identifiable par différents moyens. Par exemple, les microphotographies optiques ou métallographie d’échantillons polis montrent des nuances de couleurs différentes pour chaque phase, pour peu que l’échantillon ait été attaqué convenablement. Ainsi, pour distinguer la phase gamma de la phase epsilon, une attaque au « Nital », qui est une solution de 3% d’acide nitrique dilué dans de l’éthanol, est réalisée. La phase gamma apparaît alors en gris lorsqu'elle est pauvre en zinc et en grisé avec des nuances de marron lorsqu'elle est riche en zinc. La phase epsilon apparaît en marron plus foncé. Il est aussi possible de distinguer la phase gamma de la phase epsilon, en observant l’échantillon sous un microscope électronique à balayage, en utilisant un détecteur d’électrons rétrodiffusés. Il est aussi possible d'identifier la phase d'un échantillon par diffraction de rayons X. Dans ce dernier cas, l'échantillon de fil est placé sous un faisceau incident de rayons X de longueur d’onde précise. On utilise par exemple la raie Ka du cuivre, de longueur d’onde moyenne 0,1541 nm. L’intensité des rayons diffractés est évaluée pour chaque angle de diffraction. La phase gamma a un spectre de diffraction X connu, et différent de celui des autres phases du système cuivre-zinc, et de l’oxyde de zinc ZnO qui se trouve souvent à la surface des fils. Si l’alliage cuivre-zinc n’est pas cristallisé sous la forme d’au moins une des phases alpha, bêta, gamma, delta, epsilon, ou êta, il est amorphe, et le spectre de diffraction des rayons X montre alors des bosses aplaties plutôt que de pics saillants.

[22] A une température donnée, les différentes phases de l'alliage cuivre-zinc correspondent chacune à une plage spécifique de concentration en zinc. L'étendue de chacune de ces plages spécifiques de concentration en zinc varie en fonction de la température. La concentration en zinc d'une phase d'un échantillon peut être obtenue par microanalyse de composition. Une microanalyse de composition est réalisée, avec un microscope électronique à balayage équipé d'une sonde de spectrométrie. Un faisceau d'électrons, accéléré par exemple dans un champ électrique de 20 kV, impacte la surface de l'échantillon et provoque une émission de rayon X. Ces rayons X ont un spectre d'énergie caractéristique de la composition de la surface de l'échantillon qui a été impactée par le faisceau d'électrons. Avec une sonde d’analyse spectrométrique par dispersion d’énergie (EDS) ou par sélection de longueur d’onde (WDS), le spectre des rayons X émis par la surface de l’échantillon est mesuré. Des algorithmes permettent de sélectionner les éléments analysés (donc d’éliminer l’effet des impuretés), et de calculer la composition de l’échantillon impacté par le faisceau d’électrons, à partir des spectres mesurés. Il faut noter qu’en raison des interactions entre les rayons X et la matière, le volume analysé par EDS (ou WDS) est généralement d’environ un micromètre cube. A la frontière entre deux phases, une concentration moyenne, qui n’existe en réalité dans aucune des deux phases, peut être mesurée. Les concentrations indiquées ici concernent des phases pures dans leur volume d’analyse. Les zones dans lesquelles une concentration est mesurée sont plus grandes que des cubes d’un micromètre de côté.

[23] L'expression "la concentration en zinc à l'intérieur d'une zone en alliage cuivre- zinc est supérieure à X % atomiques" signifie que la concentration moyenne en zinc à l'intérieur de cette zone est supérieure à X % atomiques. Une concentration moyenne est par exemple obtenue en mesurant la concentration en zinc à différents endroits à l'intérieur de cette zone puis en moyennant ces mesures de concentration. Les endroits où les mesures sont réalisées sont situés à la fois aux endroits où la concentration a des chances d’être la plus faible, aux endroits où la concentration a des chances d’être proche de la moyenne, et aux endroits où la concentration a des chances d’être maximale. Pour cela, typiquement, les endroits où les mesures sont réalisées sont répartis le long d'un axe passant par l'axe du fil électrode.

[24] L’expression « conducteur électrique » désigne un matériau dont la conductivité électrique, à 20 °C, est supérieure à 10 ⁶ S/m et, de préférence, supérieure à 10 ⁷ S/m.

[25] L'axe longitudinal d'un fil est l'axe le long duquel s'étend principalement ce fil.

[26] L’expression « section transversale » désigne une section du fil électrode perpendiculaire à son axe longitudinal. [27] L’expression « couche du fil électrode » désigne une couche annulaire du fil électrode qui est située, dans chaque coupe transversale du fil électrode, entre une limite circulaire intérieure et une limite circulaire extérieure. En réalité, ces limites ne sont pas nécessairement des cercles parfaits. Toutefois, en première approximation, dans ce texte, ces limites sont assimilées à des cercles. Ces limites circulaires sont toutes les deux centrées sur l’axe longitudinal du fil électrode. La limite circulaire intérieure est la limite de la couche qui est la plus proche de l’axe longitudinal du fil électrode. A l’inverse, la limite circulaire extérieure est la limite de la couche qui est la plus éloignée de l’axe longitudinal du fil électrode. Entre ces limites circulaires intérieure et extérieure, la phase de l'alliage cuivre-zinc est homogène ou formée d'un enchevêtrement non régulier de différentes phases de l'alliage cuivre-zinc. A l’inverse, au niveau des limites circulaires intérieure et extérieure, la composition chimique et/ou la forme cristallographique changent brusquement.

[28] Une couche "homogène" est une couche formée d'une seule phase de l'alliage cuivre-zinc.

[29] Une couche "uniforme" désigne une couche formée d'un matériau qui, dans une section transversale du fil, s’étend, autour de l'axe du fil et à l'intérieur de cette couche, continûment ou pratiquement continûment. Ainsi, une couche uniforme ne comporte pas une multitude de fractures qui la partitionne en une multitude de zones séparées les unes des autres, dans une section transversale du fil, par ces très nombreuses fractures radiales. De très nombreuses fractures radiales désigne plus d'une dizaine de fractures radiales qui divisent la couche en question en une dizaine de zones mécaniquement isolées les unes des autres, dans la section transversale, par ces fractures radiales.

[30] A l'inverse, le terme "couche fracturée" désigne une couche qui comporte une multitude de fractures qui la partitionne en une multitude de zones séparées les unes des autres, dans une section transversale du fil, par de très nombreuses fractures radiales.

[31] L’expression "couche superficielle métallique" ou tout simplement "couche superficielle" désigne la couche en alliage cuivre-zinc ou en zinc du fil électrode qui se trouve la plus à l’extérieur du fil électrode. Cette couche superficielle métallique peut comporter à sa surface une fine pellicule d'oxyde. Typiquement, cette pellicule d'oxyde est principalement composée d'oxyde de zinc, d'hydroxydes de zinc, de carbonate de zinc ainsi que d'éventuels résidus tels que des résidus de lubrifiant de tréfilage. La face extérieure de cette couche superficielle métallique est donc soit confondue avec la face extérieure du fil électrode en absence de la fine pellicule d'oxyde soit séparée de la face extérieure du fil électrode uniquement par cette fine pellicule d'oxyde.

[32] Une "fracture radiale" est une fracture qui s'étend principalement, à l'intérieur d'une section transversale du fil électrode, dans une direction radiale.

[33] L’expression « température ambiante » désigne une température comprise entre 15 °C et 30 °C et, typiquement, égale à 25 °C.

[34] Le "rendement érosif" d'un fil électrode est égal au ratio de la surface découpée en une minute par l'intensité moyenne du courant traversant le fil électrode lors du découpage de cette surface. Par exemple, si la vitesse d’avance du fil dans la matière découpée est de 2 mm/min dans une pièce d’acier de 50 mm de hauteur, la vitesse d’usinage est alors de 100 mm ² /min. Si le courant moyen d’usinage est de 10 A, le rendement érosif du fil dans ces conditions, est de 10 mm ² /min/A.

[35] CHAPITRE : Exemples de modes de réalisation

[36] La figure 1 représente un fil électrode 2 pour l’usinage par électroérosion tel que décrit dans la partie introductive de ce texte.

[37] A cet effet, le fil électrode 2 présente une charge à la rupture comprise entre 400 N/mm ² et 1000 N/mm ² . Le fil 2 s’étend le long d’un axe 4 longitudinal. L’axe 4 est ici perpendiculaire au plan de la feuille. La longueur du fil 2 est supérieure à 1 m et, typiquement, supérieure à 10 m ou 50 m.

[38] Le fil 2 présente une face extérieure 6 directement exposée aux étincelles lors de l’usinage d’une pièce par électroérosion à l’aide de ce fil. La face extérieure 6 est une face cylindrique qui s’étend le long de l’axe 4. La courbe directrice de la face 6 est principalement un cercle centré sur l’axe 4. Ainsi, la section transversale du fil 2 est circulaire. Le diamètre extérieur D ₂ du fil 2 est typiquement compris entre 50 pm et 1 mm et, le plus souvent, compris entre 70 pm et 400 pm. Ici, le diamètre du fil 2 est égal à 250 pm.

[39] Dans ce mode de réalisation, le fil 2 comporte :

- une âme centrale 10 réalisée en matériau électriquement conducteur, et

- un revêtement 12 directement déposé sur l’âme 10. [40] L’âme 10 a pour fonction d’assurer, à elle seule, l’essentiel de la charge à la rupture du fil 2. Elle a également pour fonction d’assurer la conductivité électrique du fil 2. A cet effet, elle est réalisée en matériau électriquement conducteur. Typiquement, elle est réalisée en métal ou en alliage métallique. Par exemple, dans ce mode de réalisation, l’âme 10 est réalisée en cuivre.

[41 ] Le diamètre Di ₀ de l’âme 10 est compris entre 0,75D ₂ et 0,98D ₂ et, typiquement, entre 0,85D ₂ et 0,95D ₂ , où D ₂ est le diamètre extérieur du fil électrode 2. Par exemple, ici, le diamètre D est égal à 230 pm.

[42] Le revêtement 12 est conçu pour accroître la vitesse d’usinage et donc le rendement érosif du fil électrode et/ou la qualité des faces de la pièce obtenue après l’usinage par électroérosion. La qualité d’une face découpée par électroérosion est d’autant meilleure que sa rugosité est faible.

[43] L’épaisseur du revêtement 12 est petite devant le diamètre D ₂ du fil 2, c’est-à- dire inférieure à 10 % du diamètre D ₂ et, de préférence, inférieure à 8 % du diamètre D ₂ . L’épaisseur du revêtement 12 correspond à la distance la plus courte, dans une section transversale, entre la limite circulaire qui sépare l’âme 10 du revêtement 12 et la face extérieure 6.

[44] Dans ce mode de réalisation, le revêtement 12 est formé :

- de deux couches 14 et 16 successivement et directement empilées l'une sur l'autre en allant de l’âme 10 vers la face extérieure 6, et

- d'une éventuelle couche superficielle 18 directement déposée sur la couche 16.

[45] Par la suite, la structure du fil électrode 2 est décrite dans le cas particulier où la couche 18 existe. Tout ce qui est décrit dans ce cas particulier s'applique aussi au cas où la couche 18 n'existe pas. Dans ce dernier cas, la couche superficielle du fil électrode 2 est directement la couche 16.

[46] La couche 14 est une couche homogène et uniforme réalisée en alliage cuivre- zinc en phase bêta. La concentration en zinc de la couche 14 est donc typiquement comprise entre 45 % atomiques et 50 % atomiques, le reste étant du cuivre et les impuretés inévitables. L'épaisseur de la couche 14 est, par exemple, inférieure à 5 pm.

[47] La couche 16 est une couche homogène réalisée en alliage cuivre-zinc en phase gamma. La concentration en zinc de la couche 16 est élevée, c'est-à-dire ici supérieure ou égale à un seuil Si ₆ . Ce seuil Si ₆ est supérieur ou égal à 65,4 % atomiques et, de préférence, supérieur à 66,4 % atomiques ou 68,4 % atomiques ou encore supérieur à 70% atomiques, le reste étant du cuivre et les impuretés inévitables. La concentration en zinc de la couche 16 est généralement inférieure à 84% atomiques ou à 75 % atomiques.

[48] Il découle du diagramme d’équilibre de phases du système cuivre-zinc tel que récemment mis à jour que, dans un état stable, l’alliage cuivre-zinc en phase gamma présente une concentration en zinc qui est comprise entre 60 % atomiques et 62 % atomiques à la température ambiante, le reste étant du cuivre. Un diagramme d’équilibre de phase du système cuivre-zinc récemment mis à jour a, par exemple, été publié dans l’article suivant : Liang et al. : « Thermodynamic assessment of the Al-Cu- Zn system, part I : Cu-Zn binary system », CALPHAD, volume 51 , 2015, page 224 à 232.

[49] Ainsi, avec une concentration en zinc supérieure ou égale au seuil S i ₆ , l’alliage cuivre-zinc en phase gamma de la couche 16 n’est pas dans un état stable à la température ambiante. Ici, il est dans un état métastable. Dans un état métastable, la transformation de l’alliage cuivre-zinc en phase gamma vers son état stable, et donc la diminution de sa concentration en zinc, est très lente à la température ambiante. Autrement dit, cette transformation de la phase gamma vers son état stable à température ambiante est pratiquement imperceptible par un être humain. Ainsi, la composition de cette phase gamma dans son état métastable ne varie pratiquement pas depuis sa fabrication jusqu’à son amenée dans une zone d’usinage d’une machine d’électroérosion lorsque ce fil 2 est stocké et transporté dans des conditions normales et donc maintenu à température ambiante. Des procédés de fabrication d'une telle couche d'alliage cuivre-zinc métastable sont décrits plus loin.

[50] L’épaisseur de la couche 16 est supérieure à l'épaisseur de la couche 18. Sur la figure 1 , à titre d'illustration, l'épaisseur de la couche 16 est également supérieure à l'épaisseur de la couche 14. Avantageusement, l'épaisseur de la couche 16 est supérieure à 10 % ou 20 % ou 30% de l'épaisseur totale du revêtement 12. A cet effet, l'épaisseur de la couche 16 est typiquement supérieure à 1 % ou 2 % du diamètre D ₂ . Par exemple, l’épaisseur de la couche 16 est supérieure à 2,5 pm ou 5 pm ou 10 pm. L'épaisseur de la couche 16 est également assez faible pour qu'elle puisse être fracturée lors du tréfilage du fil électrode. A cet effet, par exemple, l'épaisseur de la couche 16 est inférieure à 25 pm ou 20 pm. [51] La couche 16 se situe à moins de 1 pm et, de préférence, à moins de 0,5 pm de la face extérieure 6. Ici, elle est séparée de la face extérieure 6 uniquement par la couche 18. Ainsi, à cet effet, lorsqu'elle existe, l'épaisseur de la couche 18 est inférieure à 1 pm et, de préférence, inférieure à 0,5 pm.

[52] La couche 18 est une couche superficielle métallique encore plus riche en zinc que la couche 16. Par exemple, la couche 18 est en alliage cuivre-zinc dont la concentration en zinc est supérieure à celle de la couche 16. Typiquement, l'écart entre les concentrations en zinc des couches 16 et 18 est supérieur à 2 % atomiques ou 5% atomiques ou 10 % atomiques. Typiquement, la couche 18 est une couche d'alliage cuivre-zinc en phase epsilon ou en phase delta ou en phase êta ou en zinc.

[53] Dans ce mode de réalisation, les couches 16 et 18 sont fracturées. Ainsi, les couches 16 et 18 comportent des fractures qui divisent chacune de ces couches en plusieurs zones mécaniquement séparées les unes des autres, dans une section transversale, par des fractures radiales. Comme décrit plus loin, ces fractures sont obtenues par tréfilage d’un fil dans lequel les couches 16 et 18 sont uniformes ou pratiquement uniformes. Après tréfilage, la même matière ne s’étend plus continûment tout autour de l’axe 4 mais est divisée en plusieurs zones de matière qui, dans une section transversale, sont mécaniquement séparées les unes des autres par des fractures radiales. Ces fractures s’étendent principalement radialement et traversent de part en part les couches 16 et 18.

[54] Par exemple, une fracture débute au niveau de la limite circulaire entre les couches 14 et 16 et débouche sur la face extérieure 6.

[55] Sur la figure 1 , trois fractures 22 à 24 sont schématiquement représentées. Ces trois fractures 22 à 24 divisent la couche 18 en trois zones distinctes 26 à 28 et divisent la couche 16 en trois zones distinctes 30 à 32.

[56] Ces fractures correspondent à des évidements ou creux vides de matière solide ou liquide. La largeur d’une fracture, dans une direction perpendiculaire à la direction radiale le long de laquelle elle s'étend, est généralement inférieure à 2 pm. Il est souligné ici que, étant donné la très faible épaisseur de la couche 18, l'alliage cuivre-zinc de la couche 18 ne pénètre pas à l'intérieur des fissures et ne recouvre pas non plus ces fissures.

[57] Chaque zone de la couche 16 présente typiquement une longueur supérieure à l’épaisseur de la couche 16. Ici, chaque zone de la couche 16 présente une longueur supérieure à 5 pm ou 10 pm. Dans ce texte, la longueur et la largeur d’une zone, dans une section transversale, sont définies comme étant égales, respectivement, à la longueur et à la largeur du rectangle de plus petite surface qui contient entièrement cette zone.

[58] Chapitre 11.1 : Exemples de fabrication par diffusion rapide du cuiyre :

[59] Exemple 1 : Diffusion rapide dans un four tunnel

[60] Ce premier exemple de procédé de fabrication du fil 2 est décrit en référence à l'organigramme de la figure 2. Dans ce premier exemple, le seuil Si ₆ est choisi égal à 66,4% atomiques et la couche 18 est omise.

[61 ] Lors d’une étape 80, un fil d’ébauche en métal est d’abord fourni. Dans cet exemple, le fil d’ébauche est un fil en cuivre de 1 ,25 mm de diamètre.

[62] Ensuite, lors d'une étape 82, un revêtement est réalisé sur le fil d’ébauche. Ce revêtement recouvre continûment la totalité de la face extérieure du fil d’ébauche. Ce revêtement est réalisé dans un matériau ou dans plusieurs matériaux ayant la capacité de former la couche 16 surmontée d'une couche encore plus riche en zinc lorsque sa température est comprise entre 500 °C et 700 °C. Dans cet exemple, le revêtement est seulement formé, à ce stade, par une couche en zinc directement déposée sur la face extérieure du fil d’ébauche. Pour cela, la couche en zinc est déposée sur le fil d’ébauche par un procédé de zingage électrolytique pour obtenir un fil électrozingué de diamètre supérieur à 1 ,25 mm.

[63] Ici, à la fin de l'étape 82, ce fil électrozingué est tréfilé jusqu’à ce que son diamètre soit égal à 420 pm. A ce stade, dans ce premier mode de réalisation, l’épaisseur du revêtement en zinc est égale à 25 pm afin d'obtenir une couche 16 épaisse dans laquelle il est plus facile de mesurer la concentration en zinc.

[64] Lors d’une étape 84, le fil électrozingué et tréfilé est chauffé à une température égale à T _c . La température T _c est comprise entre 500 °C et 700 °C. Dans ce premier exemple de fabrication, la température T _c est comprise entre 500 °C et 600 °C et encore plus avantageusement comprise entre 559 °C et 600 °C. Le fait de choisir une température T _c inférieure ou égale à 600 °C permet de limiter la formation de gouttes de zinc en fusion lors du chauffage . Ici, la température T _c est égale à 600 °C.

[65] Par exemple, lors de l’étape 84, le fil électrozingué et tréfilé est introduit dans une zone de chauffage dont la température intérieure est égale à T _c . De plus, de préférence, ce traitement thermique est réalisé dans l'air sous pression atmosphérique pour oxyder la face extérieure du fil électrode.

[66] Ici, le fil électrozingué est considéré comme étant formé d'une succession de portions contiguës de fil électrozingué placées les unes après les autres le long de l'axe 4, chacune de ces portions étant très courte. Par exemple, pour l'explication donnée ici, une portion courte est une portion dont la longueur est égale à 0,1 mm. Les portions successives du fil électrozingué rentrent les unes après les autres dans la zone de chauffage de sorte que ces portions successives sont chauffées à la température T _c les unes après les autres. Plus précisément, la zone de chauffage comporte une entrée et une sortie entre lesquelles la température est égale à la température T _c . Avant l'entrée et après la sortie, la température est deux ou trois fois inférieure à la température T _c . Cette zone de chauffage est ici un tunnel d'un four tunnel.

[67] Chaque portion du fil électrozingué rentre à l'intérieur de la zone de chauffage par l'entrée, puis se déplace à l'intérieur de la zone de chauffage à une vitesse constante. Enfin, cette portion ressort de la zone de chauffage par l'intermédiaire de la sortie après avoir séjourné à l'intérieur de la zone de chauffage pendant une durée d ₀ . La durée d ₀ est égale à l'intervalle de temps qui sépare :

- un instant t™ auquel la portion du fil électrozingué rentre à l'intérieur de la zone de chauffage, et

- l'instant t ₀ auquel cette même portion du fil électrozingué sort de la zone de chauffage.

[68] La durée d ₀ est ajustée en réglant la vitesse de déplacement du fil électrozingué à l'intérieur de la zone de chauffage. La totalité du fil électrozingué traverse la zone de chauffage de sorte qu'à l'issue de l'étape 84 l'ensemble du revêtement en zinc a été chauffé à la température T _c .

[69] Comme enseigné dans la demande US5762726A, à la température T _c , le cuivre se diffuse progressivement à l’intérieur du revêtement en zinc. Ainsi, à un endroit donné du revêtement initialement en zinc, la concentration en cuivre augmente progressivement avec le temps.

[70] De plus, étant donné que le cuivre se diffuse à l’intérieur du revêtement en allant du fil d’ébauche en cuivre vers l’extérieur du fil, il existe dans l’épaisseur du revêtement un gradient de concentration en cuivre. La concentration en cuivre, à l’intérieur du revêtement diminue progressivement en allant du fil d’ébauche vers l’extérieur. A l’inverse, la concentration en zinc croît au fur et à mesure qu’on se rapproche de la face extérieure du fil. A cause de ce gradient de concentration en cuivre, au cours de l’étape 84, une superposition de plusieurs couches d’alliage cuivre- zinc dans différentes phases apparaît. Dans cette superposition de couches d’alliage cuivre-zinc, les couches sont ordonnées par concentration croissante en zinc au fur et à mesure qu’on se rapproche de la face extérieure. La couche superficielle d’alliage cuivre-zinc est donc toujours celle qui a la concentration en zinc la plus élevée.

[71 ] Ici, l’objectif de l’étape 84 est de former la couche 16 en alliage cuivre-zinc en phase gamma qui se trouve à moins de 1 pm de la face extérieure 6 du fil électrode et qui présente en plus une concentration en zinc élevée.

[72] Il a été observé que lorsque le procédé décrit dans la demande US5762726A est mis en œuvre, la concentration en zinc de la couche en alliage cuivre-zinc en phase gamma est proche de sa valeur maximale à proximité d'un instant t _op t où la couche en alliage cuivre-zinc en phase epsilon qui la surmonte disparaît. Ceci est actuellement expliqué par le fait que la concentration en zinc de la phase gamma tend vers la concentration en zinc de la phase epsilon tant que cette phase epsilon existe. Par contre, une fois que la phase epsilon a disparu, la concentration en zinc de la phase gamma tend à s'équilibrer avec la concentration en zinc de la couche en alliage cuivre- zinc en phase bêta qui est apparue sous la couche en alliage cuivre-zinc en phase gamma. Ainsi, une fois que la couche en alliage cuivre-zinc en phase epsilon a disparu, la concentration en zinc de la couche en alliage cuivre-zinc en phase gamma décroît rapidement. La concentration en zinc de la couche en alliage cuivre-zinc en phase gamma est donc optimale à proximité de l'instant t _op t où la couche d'alliage cuivre-zinc en phase epsilon disparaît. Il est souligné que cet enseignement est absent de la demande US5762726A. En effet, ce document n'enseigne pas qu'il est avantageux d'interrompre le chauffage du fil électrozingué à l'instant t _op t ou à un instant très proche de l'instant t _opt . Au contraire, la demande US5762726A incite à interrompre le chauffage bien avant l'instant t _opt pour obtenir une couche superficielle en alliage cuivre-zinc en phase epsilon ou, au contraire, bien après l'instant t _opt pour obtenir une couche superficielle en alliage cuivre-zinc en phase gamma.

[73] Dès lors, pour exploiter ce constat, ici, pour chaque portion du fil électrozingué, l'étape 84 est interrompue à un instant t ₀ compris entre des instants tomin et t _Oma x. L'instant tomin est l'instant auquel l'épaisseur de la couche superficielle en alliage cuivre-zinc en phase epsilon qui surmonte la couche en alliage cuivre-zinc en phase gamma est égale à 1 pm. En effet, lorsque l'épaisseur de la couche en alliage cuivre-zinc en phase epsilon devient inférieure à 1 pm, la concentration en zinc dans la couche en alliage cuivre-zinc en phase gamma est maximale ou très proche du maximum. De plus, il est important que l'épaisseur de la couche en alliage cuivre-zinc en phase epsilon soit petite pour limiter la déformation de la topographie de la face extérieure lors de l'électroérosion. De plus, il a été observé que le rendement érosif de l'alliage cuivre-zinc en phase epsilon est plus faible que le rendement érosif de l'alliage cuivre-zinc en phase gamma.

[74] L'instant t _Oma x est situé après l'instant t _opt auquel la couche superficielle en alliage cuivre-zinc en phase epsilon a disparu. Après l'instant t _opt , c'est la couche en alliage cuivre-zinc en phase gamma qui forme alors la couche superficielle du fil électrode à ce stade de fabrication. Après l'instant t _opt , la concentration en zinc de la couche en alliage cuivre-zinc en phase gamma décroît rapidement et tombe en dessous du seuil Si ₆ à l'instant t _Oma x. Typiquement, l'instant t _Oma x est telle que la durée do _ma x de l'intervalle [tj™; t _Oma x] est inférieure à 1 ,2*d _opt ou à 1 ,1*d _op t, où la durée d _op t est égale à la durée de l'intervalle [t _in j; t _opt ].

[75] Ainsi, en choisissant l'instant t ₀ compris dans l'intervalle [t _O mi _n ; t _Oma x], pour chaque portion du fil électrozingué, l'étape 84 est interrompue à un instant où la concentration en zinc de la couche en alliage cuivre-zinc en phase gamma est supérieure à Si ₆ tout en formant la couche superficielle du fil électrode ou en étant seulement recouvert d'une très fine couche superficielle encore plus riche en zinc, c'est-à-dire ici d'une très fine couche en alliage cuivre-zinc en phase epsilon.

[76] Typiquement, la durée d ₀ , et donc l'instant t ₀ , est déterminé par expérimentations successives. En effet, comme indiqué dans le chapitre I, il existe des méthodes qui permettent :

1 ) de mesurer dans une coupe transversale d'un fil électrode, les épaisseurs des couches d'alliage cuivre-zinc en phase gamma et en phase epsilon, et

2) de déterminer la concentration en zinc de la couche en alliage cuivre-zinc en phase gamma.

Ainsi, la durée d ₀ peut être déterminée en essayant successivement plusieurs valeurs possibles pour cette durée d ₀ .

[77] Par la suite, l'instant t ₀ est compris dans l'intervalle [t _opt ; t _Oma x] de sorte que la couche 18 est omise. [78] A titre d'illustration, il a été observé que, dans ces conditions, une durée d ₀ égale à 10 secondes permet d'obtenir une couche superficielle d'alliage cuivre-zinc en phase gamma dont la concentration en zinc est de 67 % atomiques.

[79] A l’issue de la durée d ₀ , le revêtement déposé sur le fil d’ébauche en cuivre se compose de la couche 14 en alliage cuivre-zinc en phase bêta surmontée de la couche superficielle 16 en alliage cuivre-zinc en phase gamma.

[80] A ce stade, il est souligné qu'un tel réchauffement rapide du fil électrozingué ne peut pas être obtenu, par exemple, en plaçant une bobine, de plusieurs milliers de spires, du fil électrozingué à l'intérieur d'un four statique conventionnel chauffé à la température T _c . Un four statique est un four à l'intérieur duquel le fil électrozingué est immobile pendant toute la durée du chauffage. En effet, dans un tel cas, la vitesse de chauffage des spires du fil électrode qui sont mécaniquement isolées de l'air chauffé à la température T _c par d'autres spires superposées sur celles-ci, est beaucoup plus lente que pour les spires directement en contact avec l'air chauffé. Ainsi, en plaçant une bobine dans l'air chauffé à la température T _c pendant 10 secondes, seule une faible partie du fil électrozingué est chauffé rapidement tandis qu'une autre partie du fil électrozingué est chauffé beaucoup plus lentement. Dès lors, seule une partie du fil électrozingué comporte une couche en alliage cuivre-zinc en phase gamma présentant les caractéristiques de la couche 16 alors qu'une grande partie du fil électrozingué, qui a subi un chauffage plus lent, ne comporte pas une telle couche en alliage cuivre-zinc en phase gamma avec une concentration élevée en zinc. Autrement dit, avec un four statique conventionnel, il n'est pas possible de maîtriser précisément la durée d ₀ pour chaque portion du fil électrozingué.

[81 ] Pour chaque portion du fil électrozingué, dès que l'instant t ₀ est atteint, c’est-à- dire ici dès la fin de la durée d ₀ , une étape 90 de refroidissement rapide est exécutée. L'étape 90 de refroidissement a pour but de figer la composition de la couche 16 obtenue à l’instant t ₀ et donc de l’amener dans un état métastable à la température ambiante. Pour cela, immédiatement après l'instant t ₀ , lors de l’étape 90, chaque portion du fil est soumise à un refroidissement rapide pendant une durée di qui fait brusquement chuter la température de la couche 16 de cette portion à 30°C en moins de dix secondes.

[82] Ce refroidissement est qualifié de rapide car la durée di est inférieure à 10 secondes. De préférence, la durée di est inférieure à 1 seconde ou 0,5 seconde. Pour obtenir une durée di aussi courte, la vitesse de refroidissement pendant l’étape 90 est élevée. Dans ce premier exemple, la durée di est inférieure ou égale à 1 seconde. La vitesse moyenne de refroidissement pendant la durée di est donc supérieure ou égale à (T _c -30) s. Donc, dans ce premier exemple de fabrication, la vitesse moyenne de refroidissement est supérieure à 570°C/s.

[83] Ici, l'étape 90 est successivement appliquée à chacune des portions de fil qui sortent de la zone de chauffage de sorte que chaque portion du fil subit ce refroidissement rapide. Cela permet donc de figer la concentration en zinc de la couche 16 sur l'ensemble de la longueur du fil électrode 2.

[84] Pour cela, dès sa sortie de la zone de chauffage, la portion du fil est plongée dans un fluide à température ambiante. Par exemple, ici, un bain de liquide à 25°C est installé à la sortie de la zone de chauffage. Par exemple, le liquide est de l'eau. Dans ce cas, chaque portion du fil parcourt, entre la sortie de la zone de chauffage et l'entrée dans le bain, un premier tronçon de trajectoire au cours duquel cette portion est d'abord plongée dans l'air à température ambiante. Ensuite, cette portion du fil entre dans le bain à température ambiante et parcourt un second tronçon dans ce bain au cours duquel elle est directement en contact avec le liquide à température ambiante. A la fin du second tronçon, la portion de fil ressort du bain. Les longueurs des premiers et seconds tronçons sont adaptés pour que la température de chaque portion du fil retombe en-dessous de 30°C moins de 10 secondes après l'instant t ₀ . Ici, chaque portion de fil parcourt le premier tronçon en moins d'une seconde. La vitesse moyenne de refroidissement dans l'eau à température ambiante d'une portion du fil est d'environ 20000°C/s. Dans ces conditions, dans ce premier exemple de fabrication, la durée di est inférieure ou égale à 1 seconde.

[85] A ce stade, il est souligné qu'un tel refroidissement rapide ne peut pas être obtenu, par exemple, en plongeant une bobine, de plusieurs milliers de spires, du fil électrode chauffé à la température T _c dans un bain, même liquide, à température ambiante. En effet, dans un tel cas, pour des raisons similaires à celles exposées dans le cas d'un chauffage rapide, la vitesse de refroidissement des spires du fil électrode qui sont mécaniquement isolées du liquide par d'autres spires superposées sur celles-ci, est beaucoup plus lente que pour les spires directement en contact avec le liquide. Autrement dit, en plongeant une bobine de spires dans un bain liquide, il n'est pas possible de maîtriser précisément la durée di de refroidissement de chaque portion du fil électrode.

[86] A l’issue de l’étape 90, la couche 16 est dans un état métastable et sa concentration en zinc, à température ambiante, est supérieure au seuil Si ₆ tant que le fil est conservé à température ambiante.

[87] Ensuite, lors d’une étape 94, le fil obtenu à l’issue de l’étape 90 est tréfilé pour obtenir le fil électrode 2. Cette étape 94 de tréfilage permet d’amener le diamètre du fil électrode au diamètre souhaité, c’est-à-dire ici à un diamètre de 250 pm. L’étape 94 fracture les couches 16 et 18. Ainsi, c’est lors de cette étape 94 que la plupart des fractures situées dans les couches 16 et 18 sont créées.

[88] La figure 3 est une image d'une portion de la section transversale du fil- électrode 2 obtenu à l'issue de l'étape 90 et avant l'étape 94 de tréfilage. Cette image a été obtenue à l'aide d'un microscope optique. La composition de la couche 16 a été mesurée avec une sonde d’analyse spectrométrique par dispersion d’énergie (EDS). La concentration de zinc dans la couche 16 est de 67% atomiques.

[89] La figure 4 est une image d'une portion du fil électrode 2 obtenu à l'issue de l'étape 94 de tréfilage. Cette image a aussi été obtenue à l'aide d'un microscope optique. La couche 16 est fracturée. Elle est donc divisée en une multitude de zones séparées les unes des autres par des fractures. Cette image montre que certaines des zones en alliages cuivre-zinc en phase gamma peuvent se retrouver séparées de la face extérieure 6 par une autre zone en alliage cuivre-zinc en phase gamma. Dans ce cas, cette zone se trouve à plus de 1 pm de la face extérieure 6. Toutefois, la majorité, et, typiquement, plus de 70% ou 80% des zones en alliage cuivre-zinc en phase gamma se trouvent à moins de 1 pm et, ici, à moins de 0,5 pm de la face extérieure 6. Dans ce texte, la « majorité » des zones d’alliage cuivre-zinc en phase gamma correspond à plus de 50 % des zones d’alliage cuivre-zinc en phase gamma présentes dans le fil électrode.

[90] Cette image montre également que certaines de ces zones peuvent être recouvertes de reliquat 100 de la couche 18.

[91] Exemple 2 : Chauffage par effet Joule

[92] Le deuxième exemple de fabrication est identique au premier exemple sauf que - L’épaisseur de zinc est de 18 pm.

- le chauffage est réalisé par effet Joule, et

- la durée d ₀ est choisie pour que l'instant t ₀ soit compris entre t _Om in et t _opt de sorte que la couche 18 est présente dans le fil électrode fabriqué.

[93] Dans le cas d'un chauffage par effet joule, la zone de chauffage est un segment du fil électrozingué situé entre une première et une seconde poulies conductrices polarisées par un générateur électrique de courant continu. La différence de potentiels entre ces deux poulies génère un courant continu qui circule dans le segment du fil électrozingué situé entre ces deux poulies. Le segment du fil électrozingué situé entre les deux poulies est alors chauffé par effet joule. Typiquement, l'intensité du courant continu est supérieure à 10 A.

[94] Les différents paramètres du chauffage par effet joule sont réglés pour que l'instant t ₀ , où chaque portion du fil électrozingué sort de cette zone de chauffage, soit compris dans l'intervalle [t _O mi _n ; t _Oma x] précédemment défini. Les paramètres réglables d'un chauffage par effet Joule sont notamment l'intensité du courant continu, la différence de potentiels entre les deux poulies, la vitesse de défilement du fil électrozingué et la longueur de la zone de chauffage du fil électrozingué comprise entre les deux poulies. Par exemple, ici, la longueur de la zone de chauffage avant que le fil électrozingué entre directement dans un bain d'eau à 25°C est prise égale à 1530 mm. La vitesse de défilement du fil électrozingué dans la zone de chauffage est de 4,59 m/min. L'intensité du courant circulant dans le fil électrozingué entre les deux poulies conductrices est de 17,9 A. Dans ces conditions, la durée d ₀ est égale à 20 secondes. Dans ce mode de réalisation, chaque portion du fil électrozingué peut rentrer dans le bain avant d'atteindre la seconde poulie de sorte qu'il n'existe pas de trempage dans l'air avant le trempage dans le bain.

[95] Le fil obtenu après l'étape 90 a été analysé. A certains endroits autour du fil, la couche 16 est recouverte d’une couche en alliage cuivre-zinc encore plus riche en zinc, tandis qu’à d’autres endroits, au contraire, la couche 16 est le seul alliage métallique présent à la surface du fil. Dans les deux cas, il y a aussi de l’oxyde de zinc à la surface du fil.

[96] Dans les zones recouvertes de la couche encore plus riches en zinc, la couche 16 a une concentration en zinc essentiellement comprise entre 65,4 % et 69,4 % atomiques. Dans les zones où la couche 16 n’est pas recouverte par la couche encore plus riche en zinc, la concentration de la couche 16 en zinc est essentiellement comprise entre 65,4 % et 66,3 % atomiques.

[97] Il semble que la couche encore plus riche en zinc, aux endroits où elle existe, est en alliage cuivre-zinc en phase delta.

[98] Exemple 3 : Température de diffusion égale à 700°C

[99] Les expérimentations suivantes ont été réalisées pour montrer que l'intervalle [tomin! tomax] est très petit lorsque la température T _c est supérieure ou égale à 400°C. Cela montre qu'il n'est pas possible d'arriver à fabriquer une couche en alliage cuivre-zinc ayant une concentration élevée en zinc en mettant en œuvre seulement l'enseignement de la demande US5762726A.

[100] Un fil de cuivre de 420 pm de diamètre et de 100 mm de longueur, revêtu de 18 pm de zinc a été placé dans un four statique à la température de 700°C, pendant une certaine durée, puis il a été rapidement, en moins d’une seconde, extrait du four, et trempé dans de l'eau à température ambiante.

[101 ] Une durée d ₀ de séjour dans le four statique égale à 6 secondes permet d'obtenir une couche d'alliage cuivre-zinc en phase gamma dont la concentration en zinc est de 68 % atomiques surmontée d'une couche 18 d'alliage cuivre-zinc en phase epsilon dont l'épaisseur est inférieure à 0,5 pm. Dans des conditions identiques mais pour une durée de séjour dans le four statique égale à 7 secondes, le fil électrode obtenu ne comporte pas la couche superficielle 18 en alliage cuivre-zinc en phase epsilon et la concentration en zinc de la couche superficielle en alliage cuivre-zinc en phase gamma est de 63% atomiques seulement.

[102] Cette observation a été également confirmée en mettant en œuvre le procédé de l'exemple 1 mais dans le cas où :

- le fil d'ébauche est un fil de laiton dans lequel la concentration en zinc est de 37% atomiques,

- lors de l'étape 82, le fil est tréfilé jusqu'à un diamètre de 460 pm et, après de tréfilage, l'épaisseur du revêtement en zinc est seulement de 5 pm, et

- la durée d ₀ égale à 9 secondes.

Dans ces conditions, la concentration en zinc de la couche superficielle 16 obtenue est égale à 63% atomiques et donc bien inférieure à 65,4 % atomiques. En effet, puisque l'épaisseur du revêtement en zinc est réduite, l'instant t _op t auquel la couche en alliage cuivre-zinc en phase epsilon disparaît se produit plus tôt. Dès lors en interrompant l'étape 84 après 9 secondes, l'étape 90 de refroidissement rapide est déclenchée trop tard et après l'instant t _Oma x.

[103] Chapitre II.2 : Exemple de fabrication par diffusion lente du cuiyre :

[104] Exemple 4 :

[105] Le procédé de fabrication est identique au procédé de fabrication de l'exemple

1 sauf que lors de l'étape 84 :

-L’épaisseur de zinc est de 18 pm

- un four statique est utilisé,

- la température T _c est égale à 250°C,

- la durée d ₀ est égale à 65 minutes, et

- lors de l'étape 90 le refroidissement n'est pas rapide.

[106] Dans ce mode de réalisation, étant donné que la température T _c est faible, c'est-à-dire typiquement inférieure à 300°C, la durée d ₀ est suffisamment longue pour que le traitement thermique appliqué au fil électrozingué soit pratiquement le même dans toutes les portions de ce fil électrozingué et cela même si le fil électrozingué chauffé se présente sous la forme d'une bobine comportant des milliers de spires.

[107] Lors de l'étape 90 de refroidissement, en sortie de la zone de chauffage, le fil est seulement plongé dans l'air ambiant à 25°C sans qu'il soit nécessaire de procéder à un refroidissement rapide. En effet, des essais ont montré qu'un tel refroidissement rapide du fil après sa sortie du four statique n'est pas nécessaire lorsque la température T _c est faible. Autrement dit, la concentration en zinc de la couche 16 est la même dans le cas d'un refroidissement rapide et en absence d'un tel refroidissement rapide.

[108] A l'issue de l'étape 94, le fil obtenu comporte une couche 18 de moins de 0,5 pm d'épaisseur. Cette couche 18 est en alliage cuivre-zinc en phase epsilon. La couche 16 a une concentration en zinc comprise entre 65,3 % et 68,3 % atomiques. L'alliage cuivre-zinc en phase gamma de cette couche 16 semble moins ductile qu’une couche de composition proche, mais obtenue à 600°C.

[109] CHAPITRE II.3 : Fabrication par électrodéposition

[110] Exemple 5 : [111] La fabrication par électrodéposition consiste à déposer, par électrodéposition en phase aqueuse, directement la couche 16 sans procéder à une étape de diffusion du cuivre.

[112] Pour cela, le fil d’ébauche constitue la cathode, et on utilise une anode comportant un mélange de cuivre et de zinc dans laquelle la concentration en zinc est supérieure à 65,4 % ou à 77 % atomiques. Par exemple, pour les essais décrits ici, l'anode est formée d'un mélange de billes de cuivre et de plaques de zinc. On adapte le bain d’électrolyse pour déposer sur le fil d'ébauche une couche d'alliage cuivre-zinc en phase gamma dont la concentration en zinc est élevée.

[113] Dans cet exemple, le bain est un bain de type « Oplinger » d'un volume de 200 litres contenant :

- l’eau en tant que solvant,

- 12 kg d’hydroxyde de sodium (perles) NaOH, soit 60 g/l,

- 12 kg de cyanure de sodium NaCN, soit 60 g/l,

- 3,4 kg de cyanure de cuivre CuCN, soit 17 g/l,

- 12 kg de cyanure de zinc Zn(CN) ₂ , soit 60 g/l, et

- 80 g de sulfite de sodium Na ₂ SO ₃ soit 0,4 g/l.

[114] La température du bain est de 45°C. La densité de courant est de 20 Ampères par décimètre carré (20 A/dm ² ). Le rendement faradique est d’environ 56%. Un fil d'ébauche en laiton de 0,51 mm de diamètre a ainsi été revêtu d'une couche 16 de 7 pm d'épaisseur.

[115] Par analyse EDS de cette couche 16, la concentration en zinc mesurée est de 66,4% atomiques.

[116] Le fil revêtu de cette phase gamma électrodéposée est ensuite tréfilé pour obtenir un diamètre de 0,25 mm.

[117] L’avantage de l’électrodéposition d’un alliage cuivre-zinc est que sa composition est constante dans l’épaisseur du revêtement, contrairement à la diffusion de zinc sur un substrat de cuivre ou de laiton, qui présente un gradient de composition. Ainsi, le fil électrode fabriqué selon cet exemple 5 ne comporte ni la couche 14 ni la couche 18 et seulement la couche 16.

[118] Exemple 6 : [119] Le procédé de fabrication de l'exemple 6 est identique à celui de l'exemple 5 sauf que le bain est modifié afin d’augmenter la concentration en zinc de la couche 16. Pour cela, le bain ayant les caractéristiques suivantes est utilisé à la place du bain de l'exemple 5 :

- l’eau en tant que solvant,

- la concentration d'hydroxyde de sodium (NaOH) est de 90 g/l,

- la concentration de cyanure de sodium (NaCN) est de 60 g/l,

- la concentration de cyanure de cuivre (CuCn ) est de 17 g/l,

- la concentration de cyanure de zinc (Zn(CN) ₂ ) est de 90 g/l, et

- la concentration de sulfite de sodium (Na ₂ SO ₃ ) est de 0,6 g/l.

[120] La concentration en zinc, mesurée par analyse EDS, dans la couche 16 est de 82,3 % atomiques dans les mêmes conditions d’électrodéposition.

[121] En tréfilant ce fil à un diamètre de 0,25 mm, la fracturation du revêtement a été observée ce qui est caractéristique d'un alliage cuivre-zinc en phase gamma et non pas d'un alliage cuivre-zinc en la phase epsilon.

[122] Si toutefois le revêtement obtenu à l'aide du bain ci-dessus devait encore présenter un résidu d'alliage cuivre-zinc en phase epsilon, ce résidu peut être diminué ou éliminé en diminuant la concentration en NaOH et en Zn(CN) ₂ . Par exemple, les concentrations en NaOH et Zn(CN) ₂ sont alors comprises entre 60 g/l et 90 g/l.

[123] CHAPITRE II.4 : Performances

[124] Les rendements érosifs de différents fils de 0,25 mm de diamètre sont comparés. Chaque essai a été réalisé dans les conditions suivantes :

- la machine d’électroérosion utilisée est la machine fabriquée par la société GFMS (GF Machining Solutions) dont la référence est "CUT 200MS",

- la pièce découpée est un bloc d’acier de 50 mm de hauteur,

- les buses d’injection sont décollées de la pièce d’environ 5 mm en haut et en bas,

- les paramètres d’usinage sont ceux d’un fil de laiton nu standard de diamètre 0,25 mm et de résistance à la rupture de 900 N/mm ² , dans des conditions de buses d’injection plaquées.

[125] Afin de ne pas casser les fils (les buses sont effectivement décollées) et de bien mettre en évidence l’effet de la couche 16, pour mesurer les rendements érosifs, la fréquence d’étincelage a été abaissée à un intervalle de 25 ps entre deux étincelles, ce qui correspond à une intensité moyenne d’environ 6,5 A. La fréquence a ensuite été augmentée, en réduisant l’intervalle de temps entre deux étincelles, pour mesurer la vitesse maximale de découpe des fils testés, avant leur rupture.

[126] Les fils électrodes comparés sont les suivants :

- Fil A : il s'agit du fil commercialisé sous la marque "Thermo SA" par la société Thermocompact® et décrit dans la demande EP1949995 : il s'agit d'un fil dont l’âme est en laiton (64% cuivre et 36% zinc en masse) et qui comporte une couche superficielle d'alliage cuivre-zinc en phase gamma fracturée en blocs. La concentration en zinc de ces blocs en phase gamma est de 61 ,3 % atomiques.

- Fil B : il s'agit du fil fabriqué selon l'exemple 5 précédemment décrit dont la concentration en zinc de la couche superficielle 16 est de 66,4 % atomiques.

- Fil C : il s'agit du fil fabrique selon l'exemple 6 précédemment décrit dont la concentration en zinc de la couche 16 est de 82,3 % atomiques.

[127] Le fil B a un meilleur rendement érosif que le fil A. Le fil C supporte des intensités d’usinage plus importantes avant de rompre. Il permet donc d'atteindre une vitesse maximale d'usinage plus élevée que les autres fils.

[128] Il est souligné que le fil A a une couche d’oxyde de l’ordre de 50 nm d’épaisseur, ce qui est favorable à son rendement érosif. Les fils B et C ont une couche d’oxyde d'épaisseur beaucoup plus faible. Il est estimé que si les conditions de fabrication du fil B sont modifiées pour obtenir une épaisseur d'oxyde de l'ordre de 50 nm d'épaisseur, alors son rendement érosif sera encore plus élevé.

[129] CHAPITRE III : Variantes

[130] Variantes du fil électrode : [131] L’âme du fil électrode n'est pas nécessairement réalisée en cuivre ou dans un alliage comportant du cuivre comme, par exemple, le laiton. Par exemple, l’âme peut aussi être réalisée en acier ou dans un autre métal électriquement conducteur. Dans le cas où l’âme ne comporte pas de cuivre, l'obtention de la couche 16 est réalisée par électrodéposition.

[132] L’âme n'est pas nécessairement réalisée dans un seul métal ou dans un seul alliage métallique. En variante, l’âme comporte plusieurs couches chacune réalisées dans un métal ou un alliage métallique respectif. Par exemple, l’âme comporte un corps central en cuivre ou en acier revêtu d'une couche en laiton. Cette couche en laiton peut être une couche en alliage cuivre-zinc en phase bêta.

[133] La couche 14 peut être omise. C'est notamment le cas si la couche 16 est réalisée par électrodéposition.

[134] En variante, la couche 16 est uniforme et n'est pas fracturée. La couche 16 est donc formée d'une seule zone qui s'étend continûment sur tout le pourtour de l’âme 10. Par exemple, pour fabriquer cette variante, lors de l'étape 82, le fil électrozingué est tréfilé pour obtenir directement le diamètre final souhaité et l'étape 94 de tréfilage est omise. Les autres étapes du procédé de la figure 2 restent, par exemple, inchangées.

[135] En variante, la couche 18 est en alliage cuivre-zinc en phase delta ou en phase êta ou en zinc.

[136] En variante, la couche 18 est absente et la couche 16 forme alors la couche superficielle de fil électrode.

[137] Variantes du procédé de fabrication :

[138] De nombreux autres procédés de fabrication du fil 2 sont possibles. Par exemple, les procédés de fabrication par diffusion rapide ou lente du cuivre, décrits dans le chapitre II, peuvent être mis en œuvre avec un fil d'ébauche qui n'est pas nécessairement réalisé entièrement en cuivre. Par exemple, en variante, le fil d'ébauche comporte seulement une couche superficielle dont la concentration en cuivre est supérieure à 50% ou 60% atomiques et inférieure à 95% ou 90 % atomiques. De même il peut aussi être mis en œuvre avec un revêtement dont la concentration en zinc est inférieure à 100 % atomiques. Toutefois, de préférence, la concentration en zinc du revêtement est élevée, c'est-à-dire supérieure à 95 % atomiques ou à 98 % atomiques.

[139] La température T _c pour mettre en œuvre le procédé de fabrication par diffusion lente du cuivre peut être choisie entre 150°C et 500°C. La durée d ₀ doit alors être adaptée en fonction de la température T _c choisie. Toutefois, de préférence, la température T _c est choisie inférieure à 300°C ou à 250°C ou à 200°C afin de pouvoir utiliser un four statique et éviter d'avoir à exécuter un refroidissement rapide. Si la température T _c dépasse 300°C ou 400°C, un four tunnel est utilisé à la place du four statique pour mieux maîtriser les durées d ₀ et di. Dans ce dernier cas, le procédé de fabrication par diffusion lente du cuivre est identique au procédé de l'exemple 1 sauf que la température T _c est comprise entre 150°C et 500°C et non pas entre 500°C et 700°C.

[140] L'étape 94 de tréfilage peut être omise.

[141] CHAPITRE IV : Avantages des modes de réalisation décrits :

[142] Un fil électrode dans lequel les zones en alliage cuivre-zinc en phase gamma sont à moins de 1 pm de la face extérieure du fil électrode tout en ayant une concentration en zinc élevée présente au moins l'un des avantages suivants par rapport au fil électrode de la demande US5945010A :

- le rendement érosif est amélioré, et/ou

- la vitesse maximale d'érosion est améliorée.

[143] Actuellement, le fait que fil électrode décrit dans ce texte présente des performances améliorées est expliqué comme suit. Etant donné que la couche 16, qui est en phase gamma, présente une concentration en zinc élevée, sa température de fusion est élevée et sa température de sublimation est faible. Il s'agit là de deux caractéristiques reconnues comme améliorant les performances d'un fil électrode. De plus, le fait que l'épaisseur de la couche la couche superficielle encore plus riche en zinc soit nulle ou inférieure à 1 pm améliore également les performances. En effet, la température de fusion de la couche 18 est inférieure à la température de fusion de la couche 16. Ainsi, lors de l'électroérosion, cette couche 18 fond avant l'alliage cuivre- zinc en phase gamma. En réduisant l'épaisseur ou en éliminant cette couche superficielle 18, on diminue fortement la quantité de liquide qui apparaît à la surface du fil électrode au cours du procédé d'électroérosion. Dès lors, par exemple, les cratères résultant des étincelles d'électroérosion ont moins de zones re-solidifiées. Le fil électrode perd également moins de matière pendant l’étincelle. Par ailleurs, il y a moins de fractures ou pores qui se trouvent occultés par le flux de métal en fusion. Ainsi, la topographie de la surface du fil électrode est mieux préservée. Il est donc possible : - de réduire la vitesse de défilement du fil électrode, et donc la consommation de fil électrode, tout en conservant une bonne vitesse d’usinage, ou

- d'augmenter la vitesse d’usinage tout en conservant la vitesse de défilement inchangée.

[144] Il est ici souligné que, dans la demande US5945010A, la couche en alliage cuivre-zinc en phase gamma du spécimen n°4 présente une concentration en zinc inférieure à celle du spécimen n°3. Or, la demande US5945010A enseigne que c'est le spécimen n°4 qui présente les meilleures performances. De plus, la demande US5945010A n'enseigne pas comment faire pour accroître encore plus la concentration en zinc de la couche superficielle du spécimen n°4. En particulier, cette demande n'enseigne pas qu'il faut interrompre rapidement le chauffage du fil électrode proche de l'instant t _opt .

[145] Le fait que chaque zone en alliage cuivre-zinc en phase gamma affleure directement la face extérieure réduit encore plus la quantité de liquide qui apparaît pendant l'électroérosion. Cela améliore encore plus les performances du fil électrode.

[146] Le fait d'augmenter encore plus la concentration de zinc dans chaque zone en alliage cuivre-zinc en phase gamma et, en particulier, de dépasser une concentration en zinc de 68,4 % atomiques, permet d'améliorer encore plus les performances du fil électrode.

[147] Le fait que la couche en alliage cuivre-zinc soit fracturée permet d'augmenter le rendement érosif du fil électrode.

[148] Le traitement thermique de diffusion à plus de 500°C permet l'obtention d'un fil électrode comportant en plus la couche 14 sous la couche 16, ce qui est avantageux.

[149] A l'inverse, le fait de fabriquer le fil électrode par diffusion lente du cuivre ne permet pas d'obtenir une couche 14 aussi épaisse sous la couche 16. Par contre, la diffusion lente permet d'obtenir une couche 16 dont l'épaisseur est plus régulière.

[150] Le fait de refroidir rapidement la couche 16 permet de limiter ou d'éviter que sa concentration en zinc diminue pendant l'étape 90.

[151] Le dépôt de la couche 16 par électrodéposition permet d'obtenir une couche 16 dont la concentration en zinc est supérieure à 66% ou 70% atomiques. De plus, l'épaisseur de la couche 16 est plus régulière.